Fotodegradación oxidativa de fenol con catalizadores TiO2-C. Análisis de la respuesta fotoquímica de la fase carbonosa

Abstract

Una de las mayores causas de contaminación de los recursos hídricos es la presencia de compuestos orgánicos tóxicos. El mayor problema que presentan estas sustancias es que se trata de moléculas refractarias cuya eliminación no es efectiva con las técnicas clásicas de depuración de aguas residuales. Sin embargo, en los últimos años se han desarrollado una serie de tecnologías basadas en la producción y uso de especies altamente oxidantes, capaces de interaccionar y degradar casi cualquier tipo de contaminante, especialmente los compuestos refractarios de naturaleza orgánica e inorgánica que con frecuencia se encuentran en las aguas residuales y que son resistentes a otros tipos de tratamientos. En esta tesis doctoral se ha investigado la fotocatálisis heterogénea como alternativa a los tratamientos convencionales para la degradación de fenol en disoluciones acuosas. La principal ventaja que presenta esta técnica es la mineralización del contaminante en condiciones de presión atmosférica y temperatura ambiente. Una forma de aumentar la eficiencia del proceso consiste en depositar el semiconductor sobre un material de carbono. El efecto sinérgico observado entre ambas fases en el proceso de fotodegradación en fase líquida tiene un origen distinto en función de la naturaleza y de la proporción de la matriz carbonosa incorporada. Con el objetivo de dilucidar los diferentes fenómenos involucrados en la actividad fotocatalítica de estos composites, se procedió a la síntesis, caracterización y evaluación de la eficiencia de fotodegradación de catalizadores mixtos de óxido de titanio inmovilizado sobre diferentes materiales de carbono. Asimismo, y debido al carácter poroso de alguno de ellos, se realizó un estudio pormenorizado del proceso de adsorción en carbones activados con diferente química superficial, para diferenciar así la fracción de fenol adsorbida en el interior de la red porosa de la fotodegradada. Los resultados experimentales ponen de manifiesto que la incorporación de una matriz carbonosa en la formulación del fotocatalizador repercute positivamente en la actividad fotocatalítica exhibida por el mismo, influyendo no solo sobre la velocidad y eficiencia de la eliminación de fenol de la disolución, sino también sobre el mecanismo preferencial seguido durante la oxidación del mismo, determinando el grado de mineralización alcanzado en la reacción. Adicionalmente, se ha observado que más allá de un efecto sinérgico entre ambas fases, algunos materiales de carbono presentan fotoactividad por sí mismos cuando son iluminados en un medio acuoso, siendo capaces de generar radicales hidroxilo, principales responsables del proceso de mineralización del contaminante. Además, si bien la presencia de cenizas en la composición del material de carbono puede conducir a un mayor rendimiento de fotodegradación, se ha confirmado la generación de especies reactivas en matrices carbonosas puras. Estos resultados ofrecen nuevas perspectivas en el empleo de materiales de carbono en procesos de depuración de aguas.